鋼板圍帶加注漿錨桿在橋臺病害處治中的應(yīng)用

孫 武，黃 帥，袁新順

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040； 3.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040)

橋臺是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分之一，它是和路堤相銜接并對橋梁上部結(jié)構(gòu)起支承作用的構(gòu)造物，其主要功能是將來自橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到基礎(chǔ)，同時(shí)以不同的結(jié)構(gòu)形式抵抗臺后土壓力、穩(wěn)固橋梁兩端路基、使橋跨結(jié)構(gòu)連接線路平穩(wěn)牢靠，提高行車舒適度[1]。

由于長期受到外界荷載作用，造成臺后土壓力偏大，以及橋臺地基不均勻沉降，或是在橋臺施工過程中，混凝土澆筑質(zhì)量不佳及養(yǎng)護(hù)不到位，通常會(huì)造成橋臺側(cè)墻產(chǎn)生大量裂縫。這些裂縫不僅呈通長走向，而且縫寬較大，對橋梁結(jié)構(gòu)安全帶來極大隱患[2]。因此，需要采取針對性的橋臺病害處治措施，及時(shí)消除橋臺隱患，確保行車安全。

1 工程概況

楊家灣大橋位于翻壩高速公路樁號K32+944處，橋跨結(jié)構(gòu)為6×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩及U 型橋臺 ，該橋于2010 年12 月建成并通車。

根據(jù)楊家灣大橋2017年的橋梁檢測報(bào)告，橋臺側(cè)墻均產(chǎn)生了大量通長的豎向裂縫，裂縫寬度達(dá)到2～3 mm，且部分裂縫封閉后又重新開裂。經(jīng)分析，楊家灣大橋橋臺的臺身高度達(dá)11 m，為高填土橋臺，裂縫形成的原因主要是臺后填土壓力過大造成，并且在長期外界荷載影響下，形成橋臺側(cè)墻豎向貫通裂縫。因此需要制定該橋臺的病害處治方案，及時(shí)消除橋臺安全隱患。

2 橋臺處治方案

楊家灣大橋位于翻壩高速公路主線上，翻壩高速公路是連接三峽庫區(qū)的重要通道，針對橋梁結(jié)構(gòu)病害的處治工作，要求在保通的原則下，進(jìn)行針對性的橋梁養(yǎng)護(hù)維修處治。

對于楊家灣大橋因臺后土壓力偏大而造成的側(cè)墻豎向貫通裂縫，總體維修加固方案是采用臺身注漿錨桿結(jié)合臺身和側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶進(jìn)行病害處治，主要施工順序：裂縫處治→臺身、側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶→臺身注漿錨桿。橋臺維修加固方案如圖1所示。

3 施工過程

3.1 裂縫處治

橋臺裂縫處治材料選用裂縫修補(bǔ)膠，其漿液狀態(tài)的黏度小，保證了裂縫的可灌性，其膠體性能和粘結(jié)能力滿足A級膠要求，且符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50367)的有關(guān)要求。

因楊家灣大橋臺裂縫寬度達(dá)到2～3 mm，采取壓力注漿法進(jìn)行處治。

3.2 臺身、側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶

3.2.1 材料選擇

鋼板圍帶選用Q345B級鋼加工而成，作為臺身和側(cè)墻加固用鋼板，其性能指標(biāo)均符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 700)的有關(guān)要求[3]。

3.2.2 施工工藝流程

臺身、側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶的主要施工工藝流程：準(zhǔn)備工作→鋼板和混凝土表面處理→鉆孔、安裝錨栓和鋼板→預(yù)留排氣孔和注膠孔以及周邊封閉→壓力灌膠及固化。

3.2.3 施工操作要點(diǎn)

1)準(zhǔn)備工作

首先依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，按照規(guī)定尺寸裁剪圍帶鋼板，裁剪采用切割法，使切割輪廓光滑，沒有咬口、翹曲、毛刺等瑕疵。

搭設(shè)牢固的操作平臺，準(zhǔn)備好灌注粘鋼的成套設(shè)備，如打磨、鉆孔、灌膠等設(shè)備以及配制膠液所需工具。

2)鋼板表面處理

針對鋼板粘貼面進(jìn)行除銹處理并增加粗糙度，以改善鋼板粘貼面極性，增強(qiáng)黏附能力。操作時(shí)使用電動(dòng)磨光機(jī)對鋼板粘貼面反復(fù)打磨，達(dá)到外露金屬色光澤效果，然后使用砂輪片磨光機(jī)進(jìn)行拉毛，盡量增加打磨面的粗糙度，并形成與鋼板圍帶受力方向垂直的打磨紋路。最后清洗鋼板表面的附著物，可采用丙酮清理表面油污等雜質(zhì)。

3)混凝土表面處理

因混凝土構(gòu)件的表面狀況各不相同，按照其新老程度、干濕狀態(tài)、堅(jiān)實(shí)情況等按如下方式進(jìn)行處理：

①對于外觀較差的混凝土構(gòu)件，可先采用鋼絲刷或硬毛刷清理表面的污垢及油污等，必要時(shí)使用強(qiáng)效洗滌劑配合清洗，然后使用電動(dòng)磨光機(jī)對混凝土表面進(jìn)行打磨，除去粘貼面2～3 mm厚的舊混凝土面表層，達(dá)到混凝土新面完全展露的效果，最后使用空壓機(jī)將表面的粉塵清理干凈。

②若混凝土構(gòu)件外觀不是很差，可直接使用電動(dòng)磨光機(jī)對混凝土表面進(jìn)行打磨，去除粘貼面2～3 mm厚的舊混凝土面表層，最后使用空壓機(jī)清理表面粉塵或采用高壓清水將粉塵清洗干凈。

③對于混凝土構(gòu)件表面較新的情況，可先采用鋼絲刷除去表面松散的浮渣，再用強(qiáng)效洗滌劑清洗粘貼面，后用高壓清水進(jìn)行沖洗干凈[4]。

④若混凝土構(gòu)件表面濕度較大，可在粘貼鋼板前采用烘干機(jī)對混凝土粘貼面進(jìn)行干燥處理，以保證粘鋼膠液的粘結(jié)強(qiáng)度，從而保證鋼板圍帶粘貼質(zhì)量。

4)植螺栓

按照設(shè)計(jì)圖紙要求，在處理好的混凝土表面確定鋼板位置，并精準(zhǔn)定位螺栓，采用化學(xué)植筋法安裝螺栓。

5)鋼板現(xiàn)場配套打孔

粘貼的鋼板需要依據(jù)現(xiàn)場植螺栓的實(shí)際情況進(jìn)行匹配打孔，并按實(shí)際位置鉆螺栓孔。注膠孔一般設(shè)置為40 cm間距，通常按現(xiàn)場實(shí)際施工情況實(shí)施。為保證注膠孔周邊的密封性，注膠孔的尺寸需要匹配灌膠嘴大小。

6)固定鋼板

采用懸掛的方式將需要安裝的鋼板托起，精準(zhǔn)套入各螺栓上并擰緊螺母。為保證粘鋼膠的層間厚度，可在混凝土與鋼板中間墊3 mm厚的金屬墊片。

7)留排氣孔及周邊封閉

排氣孔設(shè)置在粘貼面頂面以及安裝鋼板的頂角位置，通常設(shè)置間隔為0.5 m的軟管即可。采用封邊膠將鋼板周邊、注膠嘴周圍、排氣孔周圍、螺栓四周等部位的縫隙密封嚴(yán)實(shí)，確保在壓力灌膠時(shí)不發(fā)生漏膠現(xiàn)象。

8)壓力灌膠

壓力灌膠使用專門的灌膠設(shè)備，注膠時(shí)壓力應(yīng)低于0.4 MPa。從最低處的灌膠嘴開始，依次注入粘鋼膠液。當(dāng)有粘鋼膠液從相鄰的灌膠嘴流出時(shí)，立即關(guān)閉當(dāng)前灌膠嘴，然后轉(zhuǎn)移到剛出膠的灌膠嘴繼續(xù)注膠。當(dāng)有粘鋼膠液從排氣孔流出時(shí)，立即將排氣孔軟管彎折扎緊。壓力灌膠時(shí)，用小鐵錘擊打鋼板面，根據(jù)聲音狀況判斷粘鋼膠液的流動(dòng)進(jìn)展以及是否注滿鋼板。為了避免產(chǎn)生粘鋼膠層的脫空現(xiàn)象，應(yīng)在持續(xù)的注入壓力下封堵最后一處的排氣孔軟管。

9)固化

壓力灌膠完成后，在粘鋼膠液固化前需要注意檢查是否有漏膠現(xiàn)象，防止產(chǎn)生粘鋼膠層的脫空現(xiàn)象。常溫(25 ℃)下，固化時(shí)間不少于3 d。當(dāng)固化期間的溫度降低，固化時(shí)間也應(yīng)相應(yīng)增加。

3.3 側(cè)墻鋼花管錨固施工

3.3.1 材料選擇

注漿錨桿的制作采用尺寸為φ60×4 mm的無縫鋼管，沿著鋼管軸向方向布置注漿孔，并設(shè)置成螺旋型，注漿孔按每延米上布置6～7個(gè)，注漿孔大小為φ6 mm，采用彈性較好的橡膠帶將注漿孔纏裹[5]。每間隔2 m沿著鋼管壁焊接3根定位鋼筋，定位鋼筋尺寸為φ8 mm，使鋼管保護(hù)層厚度不低于2 cm。鋼花管可采用螺紋套管連接，螺紋套管長度為10 cm，在每處接縫點(diǎn)施加焊接，接縫點(diǎn)分別錯(cuò)開布置，接縫點(diǎn)在同一平面上所占面積小于50%。

注漿漿液材料采用水灰比為1∶l.2(質(zhì)量比)的42.5普硅水泥純水泥漿， 42.5號水泥漿液用量按1.23 t/m控制。

3.3.2 施工工藝流程

側(cè)墻鋼花管錨固施工的主要施工工藝流程：準(zhǔn)備工作→鉆孔→插管注漿→錨固、封錨。

3.3.3 施工操作

1)準(zhǔn)備工作

施工平臺不需要另外重新搭設(shè)，可沿用鋼板圍帶的側(cè)墻操作平臺，在保證安全牢固的前提下根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況稍作調(diào)整即可使用。

側(cè)墻鋼花管錨固施工前，按要求制備好注漿錨桿，并準(zhǔn)備好水泥等材料，確保水電供應(yīng)保障到位，注漿設(shè)備調(diào)試正常。

2)鉆孔

在前墻上測定孔位后，使用鉆機(jī)在孔位上鉆孔，穿透墻身至臺后填土層，然后按照左右對稱、先下后上的原則打入錨桿。

3)插管注漿

注漿前先將制備好的鋼花管及注漿管按孔位插入，并一直伸入至孔底，然后封閉好注漿孔口與管壁之間的空隙，確保注漿時(shí)無漏漿現(xiàn)象發(fā)生。注漿采用反復(fù)間歇方式進(jìn)行，并注意瞬間壓力不超過0.8 MPa。

4)錨固、封錨

待注漿結(jié)束，將注漿管拔出后留下鋼花管，并采用專用構(gòu)件錨固好留下的鋼花管，將其作為錨桿。最后進(jìn)行錨頭防護(hù)處理。

4 處治完成后的效果

對楊家灣大橋采用臺身注漿錨桿結(jié)合臺身和側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶進(jìn)行病害處治，首先采用壓力注漿法對裂縫進(jìn)行處治，有效阻止了空氣和水分侵入橋臺，對橋臺內(nèi)部形成保護(hù)；臺身、側(cè)墻增設(shè)鋼板圍帶起到加固作用，使橋臺形成整體，結(jié)構(gòu)受力更加穩(wěn)固；通過側(cè)墻鋼花管錨固施工，在橋臺內(nèi)部填充大量水泥漿，臺后填土達(dá)到密實(shí)和固結(jié)效果；綜上，維修加固方案的實(shí)施達(dá)到了楊家灣大橋橋臺病害處治的目的，消除了橋臺安全隱患。楊家灣大橋橋臺病害處治完成后的狀態(tài)見圖2。

5 結(jié) 語

隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展和逐漸完善，在高速公路運(yùn)營中，許多橋梁結(jié)構(gòu)都不可避免地出現(xiàn)各種病害。對于初步顯現(xiàn)的橋臺病害，其成因仍需進(jìn)一步檢測或繼續(xù)觀測的，首先進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修處治，確保橋臺結(jié)構(gòu)物的安全運(yùn)營；對于病害成因明顯、確定的橋臺結(jié)構(gòu)病害，在保通的前提下，及時(shí)采取針對性的養(yǎng)護(hù)維修處治，確保橋梁結(jié)構(gòu)在安全狀態(tài)下運(yùn)營。